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Verfahren zur Steuerung einer in flüssiger Phase ablaufenden katalytischen Polymerisation von wenigstens einem l-olefin und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer in flüssiger Phase ablaufenden katalytischen Polymerisation von wenigstens einem l-Olefin sowie eine Vorrichtung zur Steuerung der Verfahrensvariablen der Reaktion in einem Reaktionsgefäss, das eine Dampf- und eine Flüssigkeitsphase enthält. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung der Polymerisation des Äthylens und ein Verfahren zur Steuerung einer Polymerisationsreaktion, bei der ein verhältnismässig unreines Monomeres als Beschickung verwendet wird.
Bei vielen katalytischen Reaktionen ist die wirksame Steuerung der Verfahrensvariablen, wie der Zeit, der Temperatur, des Druckes und der Konzentration von allergrösster Bedeutung, da nicht nur die Ausbeute, sondern auch die physikalischen Eigenschaften des Endproduktes durch sie beeinflusst werden. Dies ist insbesondere bei katalytischen Polymerisationsreaktionen der Fall. Neben den oben aufgezählten Verfahrensvariablen muss häufig noch als fünfte Variable die katalytische Aktivität berücksichtigt werden. Bei Verfahren, bei denen der Katalysator in das Reaktionsgefäss eingeführt und mit dem Reaktionsprodukt abgezogen wird, können andere Verfahrensvariable durch eine Änderung der katalytischen Aktivität stark beeinflusst werden, z. B. durch eine Zunahme eines Katalysatorgiftes in dem System.
Eine befriedigende Steuerung der miteinander in Beziehung stehenden Variablen war daher ein schwieriges Problem bei katalytischen Reaktionen. Während man die Temperatur konstant halten kann, so müssen die andern Variablen, wie Druck, Konzentration, Gesamtaktivität des Katalysators und Verweilzeit der Materialien im Reaktionsgefäss gesteuert werden, da man die gegenseitige Beeinflussung dieser Variablen berücksichtigen muss. Die Erfindung befasst sich in erster Linie mit der Steuerung dieser Verfahrensvariablen bei einer katalytischen Reaktion.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Steuerung einer in flüssiger Phase ablaufenden katalytischen Polymerisation von wenigstens einem l-Olefin, das nicht mehr als 8 Kohlenstoffatome aufweist und bei dem keine Abzweigung näher an der Doppelbindung ist als die 4-Stellung, zu einem Polymeren mit hohem Molekulargewicht in einem praktisch abgeschlossenen Reaktionsraum, den eine Flüssigkeits- und eine Dampfphase enthält und in den ein inertes flüssiges Verdünnungsmittel mit einer praktisch konstanten Strömungsgeschwindigkeit eingeführt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Reaktionprodukt aus dem Reaktionsraum, abströmt, gesteuert wird, so dass ein praktisch konstantes Flüssigkeitsniveau in diesem Raum aufrecht erhalten wird,
und man die Temperatur in dem Reaktionsraum mit einer Wärmeaustauschflüssigkeit in indirektem Wärmeaustausch mit dem Inhalt des Reaktionsraumes praktisch auf einem konstanten Wert hält, ist dadurch gekennzeichnet, dass man die Zuströmgeschwindigkeit von Reaktionsbeschickung und Katalysator zum Reaktionsraum in Abhängigkeit von in letzterem auftretenden Druckänderungen von einem vorbestimmten Wert reguliert, wobei die Zuströmgeschwindigkeit der Reaktionsbeschickung im umgekehrten Verhältnis zu den Druckänderungen und die Zuströmgeschwindigkeit des Katalysators im direkten Verhältnis zu diesen Druckänderungen geändert wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung mit einem Reaktionsgefäss, einer damit verbundenen Leitung zur Zufuhr der Reaktionsbeschickung und einer mit diesem Reaktionsgefäss verbundenen, zur
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Einführung des Katalysators dienenden Leitung, welche Vorrichtung durch ein mit der Dampfphase des Reaktionsraumes in Verbindung stehendes, auf Druck ansprechendes Element, sowie durch Mittel zur Erzeugung eines Steuerausganges in Abhängigkeit einer vorbestimmten Druckänderung, die diesem druckempfindlichen Element zugeordnet sind, gekennzeichnet ist.
Weiters ist erfindungsgemäss die Zuführungleitung der Reaktionsbeschickung mit einer Strömungsgeschwindigkeitsmasseinrichtung, die einen zweiten Steuerausgang, der der Strömungsgeschwindigkeit in dieser Leitung entspricht, erzeugt, sowie die Zufih- rungsleitung des Katalysators mit Reguliermittel für die Strömungsgeschwindigkeit versehen, die ein Steuerelement aufweisen, das auf diesen zweiten Steuerausgang anspricht, wobei weiters Mittel vorgesehen sind, durch die dieser zweite Steuerausgang auf das Steuerelement der Leitung der Katalysatorbeschickung einwirken kann.
Es wurde festgestellt, dass man eine in flüssiger Phase ablaufende katalytische Reaktion, die in einem "Gashauben"-Reaktionsgefäss durchgeführt wird, mit Vorteil steuern kann, um eine praktisch konstante Konzentration des Reaktionsproduktes in dem Reaktionsgefäss sicherzustellen und ein gleichmässiges Reaktionsprodukt zu erhalten, indem man die Geschwindigkeit der Zuführung des Katalysators in Abhängigkeit von dem Druck in dem Reaktionsgefäss einstellt. Weitere Vorteile erhält man, wenn man die Geschwindigkeit der Katalysatorzuführung von der Zuführungsgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer abhängig macht, die wiederum eine Funktion des Druckes im Reaktionsgefäss ist. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird eine derartige Steuerung vorgenommen.
Unter einem"Gashauben"-Reaktionsgefäss versteht man ein abgeschlossenes Reaktionsgefäss, in dem eine flüssige Phase vorhanden ist und in dem über dieser flüssigen Phase eine dampfförmige Phase anwesend ist.
Es wurde auch festgestellt, dass eine in flüssiger Phase ablaufende Polymerisation von Äthylen unter Verwendung eines Chromoxyd enthaltenden Katalysators in einem"Gashauben"-Reaktionsgefäss dadurch wirkungsvoll gesteuert werden kann, dass man alle Variablen konstant hält ausser der Zuführungsgeschwindigkeit des Äthylens, die in Abhängigkeit von Druckänderungen im Reaktionsgefäss eingestellt wird, wodurch dieser Druck praktisch konstant gehalten wird. Bei manchen Polymerisationsverfahren ist es notwendig, ein verhältnismässig unreines Monomeres als Beschickung zu verwenden. Dies hat eine Ansammlung von gasförmigen Verunreinigungen in der Dampfphase des Reaktionsgefässes zur Folge, so dass der Druck ansteigt.
Eine solche Entwicklung würde das Ziel der oben beschriebenen Erfindung zunichte machen, da die Konzentration des Monomeren ständig abnehmen würde. Es wurde jedoch eine Ausführungsform gefunden, bei der diese Schwierigkeit dadurch überwunden wird, dass für die Dampfphase im Reaktionsgefäss eine Entlüftung vorgesehen wird und die Strömungsgeschwindigkeit der abgelassenen Gase in Abhängigkeit von der Konzentration des Monomeren in diesen Gasen gesteuert wird, wodurch man eine praktisch konstante Konzentration des Monomeren in der dampfförmigen Phase des Reaktionsgefässes aufrecht erhält.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung beschrieben, in der : Fig. l in einem Fliessschema eine Ausführungsform des gemäss der Erfindung vor gesehenen Steuersystems dargestellt ist, und in Fig. 2 die Anwendung einer andern Ausführungsform der Erfindung auf die Polymerisation des Äthylens schematisch dargestellt ist.
Obwohl die Erfindung mit Vorteil auf ein beliebiges, in flüssiger Phase ablaufendes katalytisches Verfahren anwendbar ist, bei dem ein geschlossenes Reaktionsgefäss verwendet wird, das eine flüssige und eine dampfförmige Phase enthält, so eignet sich die Erfindung insbesondere zur Anwendung auf Polymerisationsreaktionen, z. B. zur Polymerisation und Copolymerisation polymerisierbarer Olefine, insbesondere aliphatischer und cycloaliphatischer Olefine, vorzugsweise 1-Olefine einschliesslich der Mono- und Diolefine, z. B. des Butadiens u. dgl.
Als Beispiel sei eine bevorzugte Klasse von Verbindungen angeführt,
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form der Erfindung werden aliphatische 1-Olefine mit einer maximalen Kettenlänge von acht Kohlenstoffatomen und keiner Abzweigung näher an der Doppelbildung als die4-Stellung in Gegenwart eines Chromoxyd enthaltenden Katalysators polymerisiert, wobei ein wesentlicher Anteil des Chroms im sechswertigen Zustand ist (vorzugsweise wenigstens 0, l Gew.-% des gesamten Katalysators) und mit wenigstens einem Oxyd aus der Gruppe verbunden ist, die Silicium-, Aluminium-, Zirkon- und Thoroxyd enthält.
Der Gesamtgehalt an Chrom liegt vorzugsweise zwischen 0, 1 und 10 Gew. -0/0. Die Polymerisation wird üblicher Weise bei einer Temperatur zwischen 66,7 und 2320 C durchgeführt. Das Olefin wird vorzugsweise in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel, z. B. in Naphthenkohlenwasserstoffen oder Paraffinkohlenwasserstoffen mit 3 - 12 Kohlenstoffatomen polymerisiert, z. B. in Isooctan und Cyclohexan. Der Abstrom aus dem Reaktionsgefäss enthält eine Lösung des Polymeren in einem Lösungsmittel. Wenn ein aufge-
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Produkt mitDer Katalysator wird durch die Leitung 34 vermittels der Beschickungseinrichtung 33 in das Reaktion- gefäss eingeführt. Irgend eine Beschickungseinrichtung für Feststoffe, z. B. ein Steuerventil kann für die
Beschickungseinrichtung 33 verwendet werden. Diese Einrichtung 33 wird von einem Motor 35 angetrie- ben, der mit einer geeigneten Geschwindigkeitssteuerung ausgestattet ist. Der Katalysator kann auch durch andere geeignete Mittel eingeführt werden, z. B. in einer Lösungsmitteldispersion mittels eines Motorven- tils, das mit einer Strömungssteuerung versehen ist.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs- form wird durch die Steuereinrichtung 36 für die Strömung die sonst konstante Geschwindigkeit des Mo- tors 35 in Abhängigkeit von dem Ausgang eines auf die Strömung ansprechenden Elementes 37 eingestellt, das in der Beschickungsleitung 29 angeordnet ist, wobei der Ausgang eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit ist, die in der Leitung 29 herrscht. Nach einer andern Ausführungsform kann die Geschwindigkeit der Katalysatorströmung direkt durch die Drucksteuereinrichtung 31 eingestellt werden. Dies ist möglich, während eine Änderung in der Zuführungsgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer erfolgt oder während sie konstant gehalten wird und die notwendige Einstellung durch eine Änderung Inder Zuführungsgeschwin- digkeit des Katalysators allein vorgenommen wird.
Die hier beschriebene Ausführungsform wird jedoch bevorzugt, weil damit eine Dämpfungswirkung verbunden ist.
Das Reaktionsprodukt wird durch die Leitung 25 abgezogen und strömt, geregelt durch das Ventil 24, zu einer geeigneten Reinigungsanlage 38, in der die nicht umgesetzte Beschickung, der Katalysator und das Lösungsmittel getrennt und gewünschtenfalls in das Reaktionsgefäss zurückgeführt werden, und das End- produkt aus dem System abgezogen wird.
Zur Erläuterung der erfindungsgemässen Arbeitsweise wird diese im folgenden an Hand eines speziel- len Beispieles beschrieben. In diesem Beispiel wurde als katalytische Reaktion die Polymerisation von Äthylen mit einem körnigen Chromoxyd-Siliciumoxyd-Aluminiumoxyd enthaltenden Katalysator gewählt.
Beispiel : Äthylen mit einer Reinheit von etwa 90 Gew.-% (eine Mischung aus frischem Äthylen und zurückgeführtem Äthylen) wird unter Rühren mit solcher Geschwindigkeit in das Reaktionsgefäss ein- geführt, dass in diesem Reaktionsgefäss ein Druck von 35 ata aufrecht erhalten wird. Methan und Äthan sind die Hauptverunreinigungen im Äthylen, und das Äthylen ist praktisch frei von Sauerstoff, von Kohlen- monoxyd und von Wasser, die die üblichen Katalysatorgifte darstellen. Der Kühlmittelstrom wird so ein- gestellt, dass eine Reaktionstemperatur von etwa 1400 C aufrechterhalten wird. Die Steuereinrichtung 18 für die Strömung wird so eingestellt, dass eine ausreichende Geschwindigkeit des Lösungsmittelstromes vorhanden ist, und eine Verweilzeit von 4 Stunden im Reaktionsgefäss entsteht.
Zu Beginn wird die Ge- schwindigkeit des Katalysators so eingestellt, dass eine Konzentration von etwa 0,3 Gew. -0/0 des Kataly- sators im Abstrom aus dem Reaktionsgefäss vorhanden ist. Unter diesen Umständen enthält der Abstrom aus dem Reaktionsgefäss 7, 5 Gew. -0/0 Äthylenpolymeres und 5 Gel.-'%) nicht umgesetztes Äthylen. Als Bei- spiel für die Wechselwirkung der verschiedenen gemäss der Erfindung vorgesehenen Steuerungen, sei ange- nommen, dass die Aktivität des Katalysators in dem Reaktionsgefäss geringfügig abnimmt. Diese Abnah- me der Aktivität hat eine Abnahme der Polymerisationsgeschwindigkeit in dem Reaktionsgefäss zur Folge, und da weniger Äthylen polymerisiert wird, beginnt der Druck im Reaktionsgefäss anzusteigen.
Dieser
Druckanstieg überträgt sich auf die Drucksteuereinrichtung 31, die auf das Ventil 32 wirkt und die Strö- mung des Äthylens in der Leitung 29 verringert. Diese Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Äthylens beeinflusst den Ausgang des Strömungsmessers 37, der auf die Steuereinrichtung 36 wirkt, die dann eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Motors 35 veranlasst, so dass die Geschwindigkeit der Zufüh- rung des Katalysators durch die Fördereinrichtung 33 und durch die Leitung 34 erhöht wird. Diese erhöhte
Zuführungsgeschwindigkeit des Katalysators ergibt eine erhöhte Konzentration des Katalysators, die all- mählich eine Verringerung des Reaktionsdruckes infolge einer Erhöhung der Polymerisationsgeschwindig- keit bewirkt.
Als Auswirkung des verringerten Druckes wird ein Signal durch die Drucksteuereinrichtung 31 übertragen, um die Zuführungsgeschwindigkeit für das Äthylen wieder auf ihren ursprünglichen Wert ein- zustellen. Der Betrieb im Reaktionsgefäss erreicht auf diese Weise einen Gleichgewichtszustand mit einer erhöhten Zuführungsgeschwindigkeit des Katalysators, so dass die verminderte Aktivität des Katalysators kompensiert wird und die Beschickungsgeschwindigkeit des Äthylens praktisch konstant gehalten werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die Eigenschaften des Reaktionsproduktes gleichmässig zu halten und die Polymerenkonzentration in dem Reaktionsgefäss auf dem gewünschten Wert zu halten.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich insbesondere zur Anwen- dung auf eine Polymerisation eignet, wenn die Beschickung des Monomeren so verunreinigt ist, dass eine Lüftung der Dampfphase des Reaktionsgefässes erforderlich ist, um übermässige Drucke in diesem Gefäss zu verhindern. Diese Verunreinigungen müssen inert sein, d. h., sie dürfen, wie oben bereits erwähnt, keine
Katalysatorgifte enthalten. Alle Elemente dieses Systems, die denen der in Fig. l dargestellten Ausfüh-
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verhältnismässig hoch ist. Auf diese Weise werden der Druck im Reaktionsgefäss und die Konzentration des Äthylens in der Dampfphase praktisch konstant gehalten.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Steuerung einer in flüssiger Phase ablaufenden katalytischen Polymerisation von
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digkeit eingeführt wird, wobei die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Reaktionsprodukt aus dem Reaktionsraum abströmt, gesteuert wird, so dass ein praktisch konstantes Flüssigkeitsniveau in diesem Raum aufrecht erhalten wird, und man die Temperatur in dem Reaktionsraum mit einer Wärmeaustauschflüssigkeit in indirektem Wärmeaustausch mit dem Inhalt des Reaktionsraumes praktisch auf einem konstanten Wert hält, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zuströmgeschwindigkeit von Reaktionsbeschickung und Katalysator zum Reaktionsraum in Abhängigkeit von in letzterem auftretenden Druckänderungen von einem vorbestimmten Wert reguliert,
wobei die Zuströmgeschwindigkeit der Reaktionsbeschickung im umgekehrten Verhältnis zu den Druckänderungen und die Zuströmgeschwindigkeit des Katalysators im direkten Verhältnis zu diesen Druckänderungen geändert wird.
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Process for controlling a catalytic polymerisation of at least one l-olefin which takes place in the liquid phase and apparatus for carrying out the process
The invention relates to a method for controlling a liquid phase catalytic polymerization of at least one 1-olefin and a device for controlling the process variables of the reaction in a reaction vessel which contains a vapor phase and a liquid phase. In particular, the invention relates to the control of the polymerization of ethylene and a method for controlling a polymerization reaction in which a relatively impure monomer is used as a feed.
In many catalytic reactions, effective control of process variables, such as time, temperature, pressure and concentration, is of the utmost importance because it affects not only the yield but also the physical properties of the end product. This is particularly the case with catalytic polymerization reactions. In addition to the process variables listed above, the fifth variable that must often be taken into account is catalytic activity. In processes in which the catalyst is introduced into the reaction vessel and withdrawn with the reaction product, other process variables can be strongly influenced by a change in the catalytic activity, e.g. By an increase in catalyst poison in the system.
Satisfactory control of the related variables has therefore been a difficult problem in catalytic reactions. While the temperature can be kept constant, the other variables such as pressure, concentration, total activity of the catalyst and residence time of the materials in the reaction vessel must be controlled, since one must take into account the mutual influence of these variables. The invention is primarily concerned with controlling these process variables in a catalytic reaction.
The process according to the invention for controlling a catalytic polymerization which takes place in the liquid phase of at least one l-olefin which has no more than 8 carbon atoms and in which no branch is closer to the double bond than the 4-position to form a high molecular weight polymer in one practically closed reaction space which contains a liquid and a vapor phase and into which an inert liquid diluent is introduced at a practically constant flow rate, the flow rate at which the reaction product flows out of the reaction space being controlled so that a practically constant liquid level is maintained in this space,
and the temperature in the reaction space with a heat exchange liquid in indirect heat exchange with the contents of the reaction space is kept practically at a constant value, is characterized in that the inflow rate of the reaction charge and catalyst to the reaction space as a function of pressure changes occurring in the latter of a predetermined value regulated, with the reaction feed rate being varied in inverse proportion to the pressure changes and the rate of catalyst being varied in direct proportion to these pressure changes.
The invention further relates to a device with a reaction vessel, a line connected thereto for supplying the reaction charge and a line connected to this reaction vessel for
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Introduction of the catalyst serving line, which device is characterized by a pressure-responsive element connected to the vapor phase of the reaction chamber, as well as means for generating a control output as a function of a predetermined pressure change, which are assigned to this pressure-sensitive element.
Furthermore, according to the invention, the feed line for the reaction charge is provided with a flow rate measuring device which generates a second control output which corresponds to the flow rate in this line, and the feed line for the catalyst is provided with regulating means for the flow rate, which have a control element that acts on this second control output responds, further means are provided by which this second control output can act on the control element of the line of the catalyst charge.
It has been found that a catalytic reaction which takes place in the liquid phase and which is carried out in a "gas hood" reaction vessel can advantageously be controlled in order to ensure a practically constant concentration of the reaction product in the reaction vessel and to obtain a uniform reaction product by adjusts the rate of supply of the catalyst as a function of the pressure in the reaction vessel. Further advantages are obtained if the rate of addition of the catalyst is made dependent on the rate of addition of the reactants, which in turn is a function of the pressure in the reaction vessel. Such a control is carried out with the method according to the invention and with the device according to the invention.
A "gas hood" reaction vessel is understood to be a closed reaction vessel in which a liquid phase is present and in which a vapor phase is present above this liquid phase.
It has also been found that a liquid-phase polymerization of ethylene using a chromium oxide-containing catalyst in a "gas hood" reaction vessel can be effectively controlled by keeping all variables constant except for the feed rate of the ethylene, which is dependent on pressure changes is set in the reaction vessel, whereby this pressure is kept practically constant. In some polymerization processes it is necessary to use a relatively impure monomer as a feed. This results in an accumulation of gaseous impurities in the vapor phase of the reaction vessel, so that the pressure rises.
Such a development would defeat the aim of the invention described above, since the concentration of the monomer would continuously decrease. However, an embodiment has been found in which this difficulty is overcome in that a vent is provided for the vapor phase in the reaction vessel and the flow rate of the discharged gases is controlled as a function of the concentration of the monomer in these gases, whereby a practically constant concentration is obtained of the monomer in the vapor phase of the reaction vessel.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 shows a flow diagram of an embodiment of the control system provided according to the invention, and FIG. 2 shows the application of another embodiment of the invention to the polymerization of ethylene is shown schematically.
Although the invention is advantageously applicable to any catalytic process running in the liquid phase, in which a closed reaction vessel is used which contains a liquid and a vapor phase, the invention is particularly suitable for use in polymerization reactions, e.g. B. for the polymerization and copolymerization of polymerizable olefins, especially aliphatic and cycloaliphatic olefins, preferably 1-olefins including the mono- and diolefins, z. B. of butadiene u. like
A preferred class of compounds is given as an example,
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According to the invention, aliphatic 1-olefins with a maximum chain length of eight carbon atoms and no branch closer to the double formation than the 4-position are polymerized in the presence of a chromium oxide-containing catalyst, a substantial proportion of the chromium being in the hexavalent state (preferably at least 0.1 % By weight of the total catalyst) and is bound to at least one oxide from the group which contains silicon, aluminum, zirconium and thoroxides.
The total chromium content is preferably between 0.1 and 10% by weight. The polymerization is usually carried out at a temperature between 66.7 and 2320.degree. The olefin is preferably used in a hydrocarbon solvent, e.g. B. polymerized in naphthenic hydrocarbons or paraffin hydrocarbons with 3 - 12 carbon atoms, z. B. in isooctane and cyclohexane. The effluent from the reaction vessel contains a solution of the polymer in a solvent. When a
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Product with the catalyst is introduced into the reaction vessel through the line 34 by means of the charging device 33. Any solids feeder, e.g. B. a control valve can be used for
Loading device 33 can be used. This device 33 is driven by a motor 35 which is equipped with a suitable speed control. The catalyst can also be introduced by other suitable means, e.g. B. in a solvent dispersion by means of a motor valve which is provided with a flow control.
In the embodiment shown in the drawing, the flow control device 36 sets the otherwise constant speed of the motor 35 as a function of the output of an element 37 which responds to the flow and which is arranged in the feed line 29 The output is a function of the flow rate prevailing in line 29. According to another embodiment, the speed of the catalyst flow can be adjusted directly by the pressure control device 31. This is possible while there is a change in the feed rate of the reactants or while it is kept constant and the necessary adjustment is made by a change in the feed rate of the catalyst alone.
The embodiment described here is preferred, however, because it is associated with a damping effect.
The reaction product is withdrawn through line 25 and, regulated by valve 24, flows to a suitable purification system 38 in which the unconverted charge, catalyst and solvent are separated and, if desired, returned to the reaction vessel, and the end product is withdrawn from the system.
To explain the mode of operation according to the invention, this is described below using a special example. In this example, the catalytic reaction chosen was the polymerization of ethylene with a granular catalyst containing chromium oxide-silicon oxide-aluminum oxide.
Example: Ethylene with a purity of about 90% by weight (a mixture of fresh ethylene and recycled ethylene) is introduced into the reaction vessel with stirring at such a rate that a pressure of 35 ata is maintained in this reaction vessel. Methane and ethane are the main impurities in ethylene, and the ethylene is practically free from oxygen, carbon monoxide and water, which are the usual catalyst poisons. The coolant flow is adjusted so that a reaction temperature of about 1400 C is maintained. The control device 18 for the flow is set in such a way that there is a sufficient speed of the solvent flow and a residence time of 4 hours in the reaction vessel results.
At the beginning, the speed of the catalyst is set so that a concentration of about 0.3% by weight of the catalyst is present in the effluent from the reaction vessel. Under these circumstances, the effluent from the reaction vessel contains 7, 5% by weight of ethylene polymer and 5% by weight of unreacted ethylene. As an example of the interaction of the various controls provided according to the invention, it is assumed that the activity of the catalyst in the reaction vessel decreases slightly. This decrease in activity results in a decrease in the rate of polymerization in the reaction vessel, and since less ethylene is polymerized, the pressure in the reaction vessel begins to rise.
This
The increase in pressure is transmitted to the pressure control device 31, which acts on the valve 32 and reduces the flow of the ethylene in the line 29. This reduction in the flow rate of the ethylene influences the output of the flow meter 37, which acts on the control device 36, which then causes the speed of the motor 35 to increase, so that the speed of the supply of the catalyst through the conveyor 33 and through the line 34 is increased. This increased
Feed rate of the catalyst results in an increased concentration of the catalyst, which gradually causes a reduction in the reaction pressure due to an increase in the rate of polymerization.
As a result of the reduced pressure, a signal is transmitted through the pressure control device 31 in order to set the feed rate for the ethylene back to its original value. In this way, the operation in the reaction vessel reaches a state of equilibrium with an increased feed rate of the catalyst, so that the reduced activity of the catalyst is compensated and the feed rate of the ethylene can be kept practically constant. In this way it is possible to keep the properties of the reaction product uniform and to keep the polymer concentration in the reaction vessel at the desired value.
In FIG. 2, another embodiment of the invention is shown, which is particularly suitable for application to a polymerization when the charge of the monomer is so contaminated that ventilation of the vapor phase of the reaction vessel is necessary in order to create excessive pressures in this vessel prevent. These impurities must be inert; i.e., as mentioned above, they are not allowed to
Contain catalyst poisons. All elements of this system that are similar to those of the execution shown in Fig.
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is relatively high. In this way, the pressure in the reaction vessel and the concentration of ethylene in the vapor phase are kept practically constant.
PATENT CLAIMS:
1. A method for controlling a catalytic polymerization in the liquid phase of
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speed is introduced, the flow rate at which the reaction product flows out of the reaction space is controlled so that a practically constant liquid level is maintained in this space, and the temperature in the reaction space with a heat exchange liquid in indirect heat exchange with the contents of the The reaction space is kept practically at a constant value, characterized in that the inflow rate of the reaction charge and catalyst to the reaction space is regulated from a predetermined value as a function of pressure changes occurring in the latter,
wherein the rate of flow of the reaction feed is changed in inverse proportion to the pressure changes and the rate of flow of the catalyst is changed in direct proportion to these changes in pressure.